关于岩土爆破中减震技术探讨

关于岩土爆破中减震技术探讨

于辉袁杰刘哲

沈阳消应爆破工程有限公司辽宁沈阳110136

摘要：爆破震动是爆破工程中非常严重的事故原因之一，本文通过分析岩土爆破中爆破能量的分配，爆破地震波的形成过程及特点等对目前爆破产生的地震效应以及爆破减震技术加以阐述。

关键词：岩土爆破；爆破地震；减震

引言：目前爆破是矿山开采和建设过程中经常用到的手段之一。由于爆破工作具有很大的危险性和不确定性，爆破过程中极易出现飞石、空气冲击波以及爆破振动等灾害，其中最严重的就是爆破振动，因此研究爆破减震技术，减小因爆破振动带来的负面影响非常有必要。

1.岩土爆破概述

随着岩土工程的不断发展，岩石爆破理论的研究不断深入，其研究的深度和广度都是在不断扩大的。伴随着裂隙介质爆破机理的产生，岩石爆破的原理得以确立起来。炸药在岩石和其他固体介质中爆炸所产生的爆轰波使岩石产生裂隙，并将原始损伤裂隙进一步扩展，随后爆炸气体使这些裂隙贯通、扩大，从未完成对待拆除工程的爆破。

2.岩土爆破地震波的生成过程

岩土爆破时，炸药在介质中爆炸瞬间会释放出巨大的能量，能量在气体膨胀过程中会转化为机械功。处于运动状态的地震波会从药包中心向各个方向发散传播。撞击在周围介质上时会产生冲击波，冲击波立即开始在介质中传播，与此同时，反射波也朝药包中心传播，形成的这个球状的波阵面聚在药包中心，并且自药包中心开始新的反射波的传播。随后，新波的波阵面撞击在介质和气态产物的交界面上，于是在介质中就又出现一个新波朝着药包中心传播。由此可见，介质中的波一开始就是一个有周期的逐渐衰减的波，其的周期与爆轰产物的脉动周期一致，并依赖于介质的性质和装药的多少。在冲击波、应力波的强烈压缩作用下，岩石内首先积蓄了一部分的弹性应变能。当压碎区径向裂隙展开、爆腔内爆生气体的压力降低到一定程度时，原先积蓄的这部分弹性应变能就会释放出来，产生与压应力波方向相反的向心拉应力波，使岩石质点产生向心运动。当此拉伸应力波的拉应力值大于岩石的抗拉强度时，岩石就会被拉断，周围岩石中形成爆腔的环状裂隙。径向裂隙和环状裂隙交错生成，形成压碎区外的破裂区，破裂区内径向裂隙起主导作用。岩石的爆破破坏主要靠的就是破裂区，破裂区外的应力大大下降，即为常说的弹性震动区，这一区域岩土不会出现明显的破坏，但可能诱导结构出现较大变形并发生开裂现象。

3.爆破地震波的辐射半径

不同类型的岩石中爆炸时，弹性地震波的激发条件有所不同。有些情况下在流体冲击波在传播过程之中就可以激发出线形弹性波，另一些情况则是流体冲击波或塑性冲击波衰减到弹性极限时才转化为弹性波。先行弹性波的特点是波面及波后应力大体上保持在弹性极限附近，粒子基本上向波前方向运动，只有当流体冲击波或塑性冲击波消失后才明显衰减，其波形也才开始具有准正弦波的形状。出于统一标准的目的，把爆炸地震波辐射源定义为流体冲击波或塑性冲击波消失或转化时弹性波波面所在的位置，该位置可以通过弹性波衰减规律发生明显变化或是其周期出现极小值的距离来确定。根据具体的检测结果，这两种标志通常出现在同一距离之上。这样可以确定出爆炸的药量和爆炸源半径同之间是直线的关系。

4.爆破地震波的周期和频率

爆破地震波频率主要体现在爆破地震波的变化速率上，低频波的变化速率较小，而高频波的变化速率相对要大，爆破地震波包含所有频率成份，而且频率谱不是离散的频率分量，是连续谱。爆破地震波在介质中有传播，并且低频传播距离大。由于爆破地震波是由应力波转化而形成的，其特点就是距离爆源较近时地震波的高频成份较为丰富，而且持续时间较短，随着爆破地震波向远处传播，高频成份逐渐被吸收，使得振动速度幅值在远处很小，在一定距离以外爆破地震波对环境构成的威胁微乎其微或者不构成威胁。不同的频率成份对结构、设备和人员的影响有着显著的差别。爆破地震波包含一个或几个主要的频率成份，这些频率成份对结构物的影响尤其显著，这些具威胁频率或频率段具有相对集中性，一般集中在较低频率段。

5.爆破地震波的危害

工程爆破中，炸药爆炸瞬间释放出的能量可完成各种工程目的。工程爆破已经在土石方爆破开挖、路基修筑和建构筑物拆除等项目中被广泛使用。爆破技术虽然给建筑工程带来种种便利，但是也存在着不可忽视的缺点，比如在爆破区一定范围内，当爆破引起的振动达到一定的强度时，就会造成民房振动、周围山体滑坡和其他设施破坏等各种破坏现象，这种爆破振动波引起的现象及后果称为爆破地震效应。如果对爆破地震波不加以控制及时做好安全防护措施，则会对爆破区域造成非常不好的负面效应。

6.爆破减震措施

如前所述爆破产生的地震波危害很大，因此爆破单位必须充分把握爆破对邻近结构物的影响程度，合理修正钻爆计划。我国《爆破安全规程》中规定，爆破质点震动速度是衡量爆破地震效应强弱的物理量的标准。所以通过爆破质点震动速度作为观测物理量十分合理。根据国内外实测经验，爆破近区垂直向震动大于水平向震动。爆破远区水平向震动大于垂直向震动。因此，测试布点方法为，近区以垂直向为主，在试爆阶段按测线布置点，一般布3-5点。正常施工阶段只对重点建筑进行跟踪监测，按监测对象选择最大危险点布置测点，不仅测垂直向，也根据不同建筑物测水平向震动。为了避免周围交通运行过程中产生振动的误触发，仪器触发值设在每秒钟0.25厘米，选定的安全允许地面质点振动速度，可以作为控制爆破振动的参数的基础设计，根据不同场区岩性的环境和其他影响因素作出修正。凡是具有一定自稳能力的岩石，采用钻爆法开挖时，都可以采用减轻振动控制爆破技术进行爆破开挖，具体措施：第一，合理选择开挖方案。根据现场地质条件和周围环境选择使用不同类型的机械设备、爆破规模、台阶高度进行科学设计，并在施工中不断调整和完善。当在有特殊保护的古建筑或文物的环境周围施工时，必须遵循短进尺、密钻孔、弱爆破、强防护的爆破开挖施工的基本原则，必要时开挖减震沟、对保护对象进行支护。第二，控制最大单段药量，优化炮孔的布置方式。充分利用临空面选择合理的布孔参数，根据保护物的地面质点振动速度，限制最大一段起爆药量及一次爆破用药量。第三，选择爆破的合理时差。绝大多数的爆破工程都是通过群药包的共同作用实现的，通过不同的起爆网络，选择准确可靠的延期时差和等间隔接力方式，利用不同时段爆破岩石互相碰撞作用，增加爆破能量的有效利用率，集中往爆区自由面方向的作用力，减弱往后方产生地震波的作功。

7.结束语

总而言之，由于爆破技术在岩土工程被越来越到的使用，爆破作业在来带便利发挥正面作用的同时也造成了不少的负面效应，由爆破造成的灾害时有发生，因此最大程度上控制爆破的危害，深入研究爆破减震技术至关重要。

参考文献：

[1]杨典光.减震孔对爆破地震的隔振效果研究[D].长沙理工大学,2015.

[2]张袁娟,黄金香,袁红.缓冲爆破减震效应研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(05):967-973.